Gepulste elektromagnetische Felder schneiden hochfeste Bleche

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Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU

Der erste erfolgreiche Versuch wurde mit einem 0,9 mm-Blech durchgeführt

Hinsichtlich der Auslegung der Versuchsspule für diese Aufgabe wurde deshalb auf die Erfahrungen der PST Products GmbH gesetzt. Als Randbedingungen für einen sicheren Schneidprozess wurde eine Ausgangsblechdicke von 0,9 mm definiert, so dass für das Schneiden ein direkt wirkender Druck von 350 MPa aufzubringen war, bei gleichzeitiger Gewährleistung einer ausreichenden Standzeit der Spule. Die Auslegung der Spule hinsichtlich elektromagnetischer Eigenschaften, des magnetischen Drucks sowie der mechanischen Festigkeit erfolgte zunächst auf numerischem Weg. Die Druckverläufe am Werkstück wurden hierbei so eingestellt, dass der maximale Schneiddruck im Bereich des Butzens aufgebracht wird, die Blechplatine aber auch durch einen hinreichen großen magnetischen Druck niedergehalten wird. Bild 2 zeigt den Druckverlauf.

Das Werkstück wird zwischen Schneidspule und -matrize positioniert

Entsprechend dem konzipierten Spulenaufbau erfolgte die bauliche Umsetzung der Magnetspule. Zur Reduktion des aufzubringenden Stroms erfolgt der Spulenaufbau mehrwindig. Die ersten Erprobungen waren von Kurzschlüssen im Bereich des Schlitzes am Feldformer geprägt (Bild 3), so dass mehrere Optimierungsschleifen bezüglich der Isolierung sowie der Aufnahme des Stützkernes durchlaufen werden mussten.

Im Versuch wurde das Werkstück zwischen Schneidspule und Schneidmatrize positioniert. Der in Bild 2 dargestellte Druckverlauf presst das Blech gegen die Matrize und ermöglicht somit einen stempellosen Schneidvorgang.

Im Rahmen der ersten experimentellen Untersuchungen konnten folgende Erkenntnisse gewonnen werden:

• Die Spule hält den Beanspruchungen stand (Standzeit mehr als 1000 Pulse).
• Die Lochgeometrie wurde zwar bei Aluminium vollständig geschnitten (Bild 4, links), bei Stahl trat jedoch aufgrund des geschlitzten Feldformers ein sogenannter Dosendeckeleffekt auf und es verblieb ein ungeschnittener Reststeg (Bild 4, rechts).
• USIBOR 1500 ließ sich in gehärtetem Zustand zunächst aufgrund des fehlenden Druckes nicht schneiden.

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Zur weiteren Verbesserung der Schneidergebnisse wurde die Magnetspule nochmals dahingehend einer Optimierung unterzogen, dass die untere Spulenwindung durch eine neue, nicht armierte Windung ersetzt wurde. Diese Maßnahme bewirkte jedoch gleichzeitig ein Absinken der mechanischen Stabilität der Spule, das heißt, mittlere magnetische Drücke über 300 N/mm² waren damit nicht mehr zulässig.

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